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金星凌日

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本條目介紹的是從地球觀測到的金星凌日，有關從太陽系其他行星觀測到的金星凌日，請參見金星凌日 (火星)、金星凌日 (木星)、金星凌日 (土星)、金星凌日 (天王星)以及金星凌日 (海王星)；有關1874年電影，請參見金星凌日 (1874年電影)。
171埃（17.1納米）
The sun in orange, as seen from the visible spectrum, with Venus in the top left quadrant
連續可見光譜
2012年金星凌日的偽彩色紫外線的，和可見光的光譜影像，取自NASA太陽動力學天文台.
美國太空總署太陽動力學天文台太空船拍攝的2012年金星凌日

金星凌日是指太陽和地球之間的行星金星像暗斑一樣掠過太陽盤面，並且遮蔽一小部分太陽對地輻射的天文現象。這類天文現象可能會持續數小時。金星凌日的原理與月球造成的日食一樣。雖然金星的直徑幾乎是月球的3.5倍，但由於它離地球更遠，因此它遮蔽的太陽面積就非常小。科學家可以通過觀察金星凌日估算太陽和地球之間的距離。在火星、木星、土星、天王星及海王星等地外行星同樣可以觀察到行星凌日這一天文現象[1][2][3]。

金星凌日是種罕見的天文現象[4]。在最近的近兩千年時間裏，它會以243年的週期循環往復：一個週期內會出現間隔8年的兩次金星凌日；這對金星凌日與前後兩次金星凌日的相隔時間分別為121.5年或105.5年。之所以會存在這種週期性規律，是因為地球和金星恆星軌道週期比約為8:13或243:395。最近兩次金星凌日發生在2004年6月8日和2012年6月5日至6日。之前一次金星凌日要追溯到1882年12月，下一次則要等到2117年12月才會到來[5][6][7]。

金星凌日觀測在歷史上曾經有極為重要的科學意義。天文學家曾經利用金星凌日的觀測結果，結合恆星視差原理，獲得了比之前更為精確的天文單位的數值[8]。2004年和2012年的金星凌日探測對於尋找太陽系外行星以及探測系內行星環境等方面的研究都有所助益[9]。

金星凌日雖然用肉眼可以觀測到，但為了安全起見，最好採用觀測日食時使用的蒸鍍有鋁、鉻或是銀塗層的減光濾片觀測。不過濾片也不能將有害光完全濾去，因而最好在觀測過程中時常休息。使用望遠鏡觀測時，為了降低失明風險，務必採用減光濾鏡或是通過投影間接觀測[10][11][12][13]。

凌日過程

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參見：凌 (天體)

在凌日過程中，金星會像小黑斑一樣自東向西穿過太陽表面，同時像日食中的月球那樣遮蔽部分太陽輻射。發生日全食時，月球的視直徑與太陽的相等，約為30′。凌日過程中，金星視直徑為1′左右，不足太陽視直徑的1/30。儘管金星半徑與地球近似相等，約為月球的4倍，但金星與地球最近距離也為4,100萬公里左右，比地月平均距離要大一百多倍，因而其視直徑也就要比日全食時的月球小很多。[2][14][15]

金星凌日過程示意圖

凌日開始前，金星會緩緩接近太陽東側。但由於此時是金星夜半球一側面向地球，因而地球上的觀測者並不能看到這一過程。隨後金星開始從外側接觸太陽。這一時刻叫作「第一接觸」。金星接着開始進入太陽表面。其剛好進入太陽內側的時刻稱作「第二接觸」。第一接觸與第二接觸之間相隔30分鐘左右。在這之後，金星向西穿過太陽表面。其中，金星與太陽表面中心距離最近的時刻叫作「凌甚」。金星開始接觸到太陽表面另一側邊緣的時刻叫作「第三接觸」。第二接觸與第三接觸的間隔時間會隨着金星穿過太陽表面路徑不同而有所變化。2004年與2012年的金星凌日中兩者間隔6小時左右。金星剛好完全離開太陽表面的時刻叫作「第四接觸」。第三接觸與第四接觸間隔時間約為30分鐘。由於金星凌日歷時較長，過程中日出或日落時有發生，因而能夠觀測到全過程的地方有時十分有限。[16][17][18][19][20][21][22]

第二接觸之後以及第三接觸之前會有一段時間，地球上的觀測者可能看到金星會像太陽邊緣附近的水滴一樣。這種現象叫作「黑滴現象」。天文學家曾經由於這種現象很難精準確定第二接觸與第三接觸的準確時刻。但近年的觀測過程中並沒有出現這一現象，因而其有可能只是由儀器存在的失焦等缺陷造成的。[14]

產生條件與週期規律

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金星和地球的公轉軌道平面關係圖

儘管太陽、金星和地球每隔584天就會大致排成一線，但由於金星公轉軌道平面與地球公轉軌道平面成3.4度的傾角，因此金星在三者大約成一條直線的時候，通常會從太陽上方或下方通過。金星只有在下合經過地球公轉軌道平面的時候才有可能發生凌日現象。一般當地球太陽連線與金星太陽連線夾角小於0.25°（太陽視直徑的一半）時，金星凌日就會發生。不過即使在下合時，金星還是有可能從太陽上方或下方9.6°遠處掠過。[23][24]

地球243個恆星軌道週期（一個週期約365.25636日）約為88,757.3日，與金星395個金星恆星軌道週期（一個週期約224.701日）的總和88,756.9日幾乎相等。因而一次金星凌日後243年一般會再次發生金星凌日。因此可以類比月食和日食的沙羅序列將相隔243年的金星凌日編為一個序列。由於每次地球與金星相對位置相同的週期與243年之間也存在一定偏差，也就是說相隔243年的兩次金星凌日發生時，地球與金星的相對位置並不完全相同。經過相當長的時間後，地球與金星之間的相對位置可能不足以產生金星凌日，這個序列隨即終結。一個序列的存在時間可能會相當長，比如始於前1763年、終於2854年的金星凌日序列就存在了4,600多年。[25][26]

凌日通常會成對出現，相隔時間約為8年。這是由於地球公轉8次的時間（約2922.05日）與金星公轉13次的時間（約2921.1日）基本相等，也就是說8年前後地球和金星的相對位置幾乎相同。不過由於金星每次會提早22小時到合的位置以及誤差累計，這種近似的行星合不足以產生第三次金星凌日。一般在一個序列終結或開始時就會出現不成對的金星凌日。上一個不成對的金星凌日出現在1396年（該次金星凌日屬於4號序列，與之成對的6號序列金星凌日要到1631年才會開始），下一個將在3089年出現（該次金星凌日屬於6號序列。與之成對的4號序列於2854年終結。2854年的金星凌日可能只有在南極洲能看到部分過程，其他地區則只能看到金星從太陽邊緣擦過，或者根本無法看到）。[27][25]

最近1,700年（1396年至3089年）內存在的金星凌日序列有四個：3號、4號、5號以及6號。它們以4→3→5→6→4的方式循環出現，間隔分別為121.5年、8年、105.5年、8年。近期的金星凌日只在6月或12月發生。每次凌日發生的時間會緩慢變動：每243年會推後2天左右。[a][25][28]

觀測史

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古代和中世紀

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Cuneiform clay tablet of observations
新亞述時期記錄金星運動週期的黏土板[29]

古希臘、古埃及、巴比倫、印度和中國的觀測者都知道金星並記錄過其運動。古希臘人曾認為出現在早上和黃昏的金星是不同的兩顆行星——赫斯珀勒斯是昏星，佛斯福勒斯是晨星。[30][31][32][33]畢達哥拉斯後來發現它們是同一顆行星[34]。但是沒有證據表明這些文明古國知道金星凌日這一現象[35]。金星在古美洲文化中，特別是瑪雅文化，具有重要的地位。瑪雅人將金星稱作「大亮星」（Noh Ek）或「暴躁之星」（Xux Ek）。他們將金星具體化為他們的神：庫庫爾坎（在墨西哥的其它地區也稱為庫庫馬茨（英語：Q'uq'umatz）或克察爾科亞特爾，是有着羽毛的羽蛇神）。[36][37][38][39]德累斯頓手抄本中有瑪雅人繪製的完整的金星週期表[40]。在瑪雅潘中發現的壁畫可能有對發生於12或13世紀的金星凌日的記錄[41]。有關金星凌日現象的最早記載可能是來自阿拉伯哲學家法拉比，但他看到的很有可能是太陽黑子[42]。

17世紀

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主條目：1639年金星凌日

德國天文學家約翰內斯·開普勒1629年預測了將於1631年發生的水星凌日與金星凌日。儘管依據他的計算結果，該次金星凌日最佳觀測地會是美洲大陸，但他還是在1629年出版的小冊子《難再盛年》（De raris mirisque Anni）中提醒歐洲的天文學家關注這次金星凌日。法國天文學家皮埃爾·伽桑狄等人觀測到了水星凌日，但由於金星凌日發生時，對於歐洲大部分地區，太陽都在地平線之下，這些天文學家並沒能觀測到這次金星凌日。[43][44]

傑雷米亞·霍羅克斯觀測1639年金星凌日（威廉·理查·拉凡德繪於1903年）

英國天文學家傑雷米亞·霍羅克斯對於1639年金星凌日的觀測是首次留有記錄的金星凌日科學性觀測。他的朋友威廉·克拉布特里（英語：William Crabtree）也參與了此次觀測。開普勒曾經預測1639年金星將從太陽邊緣擦過，並不會凌日。霍羅克斯修正了開普勒的計算結果，得到1639年也將有金星凌日。他在該年的11月5日致信克拉布特里，告訴他金星凌日即將到來，並建議克拉布特里觀測此次金星凌日。為了安全地觀測金星凌日，霍羅克斯使用一台簡單的望遠鏡將太陽影像投影在紙上。在觀察了大半個白天後，他看到了金星在大約15:15，日落前半小時左右，行經太陽盤面。霍羅克斯利用他的觀測記錄估算了金星的體積。開普勒曾提出過這樣一個猜想：太陽系行星的大小與它們和太陽的距離成正比。霍羅克斯利用金星大小的估計值以及伽桑狄此前對於水星大小的估計值，基於開普勒的猜想以及行星間距離的觀測數據，得出了這樣一個結論：從太陽那裏觀測到的行星視直徑都為28″。這個結論等價於：行星與太陽間的距離是其半徑的15,000倍。他基於這個結論估計太陽與地球的平均距離約為9400萬公里。不過霍羅克斯的結論目前已被證明是錯誤的。他的計算結果儘管基於錯誤的前提且不到現代公認值1.496億公里的三分之二，但已經是當時最準確的數值了。而這些結果直到霍羅克斯去世近20年後才於1661年出版。[43][45][46][47][48]

18世紀

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愛德蒙·哈雷於1716年提交到皇家學會文章，其中展示了如何通過觀測金星凌日計算日地距離。

1663年，蘇格蘭數學家占士·格雷果里提出可以在地球上幾處相距遙遠的地方觀測水星凌日以計算太陽的視差，然後使用三角測量計算日地平均距離。愛德蒙·哈雷曾於1677年在聖海倫娜島上觀測了一次水星凌日。他由此次觀測經歷得出太陽視差確實可以通過觀測行星凌日精確測算。但對於實際測算來說，水星運行速度太快。因而哈雷認為距離地球更近，視差更明顯的金星可能更適用於日地距離的測算。在其1716年發表的論文中，他建議各國科學家關注1761年以及1769年的金星凌日，並給出了適合觀測的地點以及時間。不過哈雷在1761年金星凌日到來近二十年前即於1742年撒手人寰。[49][6][50][51]

法國天文學家約瑟夫-尼古拉斯·德利爾後來又改進了哈雷的方法。哈雷的方法需要完整記錄金星凌日的持續時間，德利爾的方法則只需要記錄第二接觸和第三接觸的時間。由於能夠觀測到金星凌日全程的地區非常有限，德利爾的方法也就擴展了觀測地點的選擇範圍。德利爾後來再度向歐洲各地的天文學者發出了關注1761年金星凌日的倡議。[52][53][54]

1761年與1769年的金星凌日吸引了來自英國、法國、俄國和奧地利等國的天文學家前往幾個前人甚少踏足的地方，例如南非、西伯利亞、北美洲、中美洲、印度洋以及太平洋等等，共同觀測。考慮到當時的遠洋航行的條件，這些科學家需要數月甚至數年的時間前往目的地。特別是對於1761年的金星凌日，當時英法兩國在全球激烈的角逐為航程增添了變數。此外，精確的測算還需要確定觀測地的經緯度。但經度的精準測定在當時仍是非常困難的。儘管存在種種困難，各國天文學家仍是合作完成了此次規模於國際天文學界前所未見的觀測。[53][55][56][54]

1761年金星凌日

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參與1761年金星凌日觀測的天文學家大多來自英法兩國。他們前往南印度洋、南太平洋、北美以及西伯利亞等地觀測此次金星凌日。此時英法兩國在七年戰爭中激戰正酣。兩國天文學家的觀測活動都受到了戰爭的影響，例如英國人耶利米·迪克森（英語：Jeremiah Dixon）和查爾斯·梅森（英語：Charles Mason）原本要前往印尼的明古魯省觀測，但因途中船隻受到法國攻擊，只得中途落腳好望角觀測此次金星凌日。法國的亞歷山大·居伊·潘格雷（英語：Alexandre Guy Pingré）也在做觀測後續工作時遭到了英國船隻的騷擾。紀堯姆·勒讓蒂（英語：Guillaume Le Gentil）更是因為兩國的戰爭錯失了觀測的機會。還有部分觀測者遭受到了惡劣天氣以及疾病的影響，無法得到有用的數據，如前往聖海倫娜島的內維爾·馬斯基林。不過，還是有些天文學家成功觀測到了金星凌日的全程或者部分過程，比如迪克森與梅森，在西伯利亞托博爾斯克觀測的讓-巴蒂斯特·沙普·達奧特羅什以及在紐芬蘭聖約翰斯觀測的約翰·溫斯羅普。[53][55]

米哈伊爾·瓦西里耶維奇·羅蒙諾索夫的1761年金星凌日觀測記錄中的圖示。

俄國的米哈伊爾·瓦西里耶維奇·羅蒙諾索夫基於自己在聖彼得堡科學院對1761年金星凌日的觀測結果發現金星存在大氣層[57]。他的觀測器材是兩個消色差透鏡和一個弱太陽濾鏡（煙燻玻璃）。他在金星開始離開太陽盤面時觀測到一道光的突起，即「羅蒙諾索夫的弧」。他還發現金星開始進入太陽盤面時，接觸部分的太陽邊緣會變得模糊。羅蒙諾索夫認為這些現象是太陽光通過金星大氣層時發生折射造成的。[58]2012年，傑伊·帕薩切夫（英語：Jay Pasachoff）和威廉·希恩（William Sheehan）基於帕薩切夫等人2004年金星凌日的觀測結果提出，羅蒙諾索夫當年所觀測到的狀況應該不是金星大氣層造成的，而只是「黑滴現象」[59]。一組研究人員因此決定使用羅蒙諾索夫當年的老式折射望遠鏡觀測發生於2012年6月5日至6日的金星凌日，以此作為決定性測試。該組天文學家認為羅蒙諾索夫1761年時使用的望遠鏡可以觀測到金星進入和離開太陽盤面時在金星周圍產生的「羅蒙諾索夫的弧」和其他光環效應，並認為這些效應確實是由金星大氣層造成的。[60][61][62]

1769年金星凌日

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參見：1769年金星凌日觀測 (大溪地島)
戴維·里滕豪斯的1769年金星凌日觀測報告

1769年金星凌日的觀測地點包括加拿大、下加利福尼亞半島聖何西得卡波（英語：San José del Cabo）、大溪地以及挪威等地[53][55]。威廉·威爾斯（英語：William Wales (astronomer)）和約瑟夫·戴蒙德（Joseph Dymond）受皇家學會委託前往加拿大哈德遜灣觀測[55]。美國哲學會在費城建立了三個臨時觀測站，並成立了以戴維·里滕豪斯為首的委員會統籌觀測。觀測結果於1771年在美國哲學會會報第一卷中一並出版。[63][64]讓-巴蒂斯特·沙普·達奧特羅什和另外兩位西班牙天文學家文森特·德道茨（Vicente de Doz）以及薩爾瓦多·德梅迪納（Salvador de Medina）前往新西班牙聖何西得卡波（英語：San José del Cabo）觀測此次金星凌日，但觀測結束後不久他們即染上黃熱病身亡。28人的觀測隊伍中只有9人倖存。[55][65][66]匈牙利天文學家馬克西米利安·黑爾（英語：Maximilian Hell）和他的助手亞諾什·沙伊諾維奇（英語：János Sajnovics）受丹麥國王克里斯蒂安七世的委任，前往挪威瓦爾德觀測[55]。庫克船長也在其首次環球航行（英語：First voyage of James Cook）途中在大溪地觀測了金星凌日。觀測地點現在稱為「金星角」（Point Venus）。[67][68][69]

任教於海德堡大學的天文學家克里斯蒂安·邁爾（英語：Christian Mayer (astronomer)）接受葉卡捷琳娜二世的邀請，前往聖彼得堡和安德斯·約翰·萊克塞爾等人一起觀測。其他受俄國資助的天文學家則在烏拉爾山地區以及裏海北岸等地觀測。[70]

紀堯姆·勒讓蒂在1761年觀測失敗後並沒有回國，而是留在落腳處毛里裘斯。他在當地做了動物學、地理學以及人類學等方面的研究。1768年，經過一系列波折，他終於到達原本的目的地本地治里，卻因為天氣原因再度與金星凌日擦身而過。更為不幸的是，勒讓蒂在回國後卻發現由於他身死異國的謠言，妻子改嫁，財產被親戚瓜分一空。他還失去了在法國科學院的席位。勒讓蒂後來經由法律程序追回了部分財產。法國科學院也為他特別增設了一個席位。[55]

1769年金星凌日觀測記錄中描繪的黑滴現象

因為當時的技術無法克服我們今天知道的「黑滴現象」的影響，當時的天文學家無法得知凌日開始和結束足夠準確的時間。這一現象長期以來被認為是金星稠密的大氣層造成的，並且是金星存在大氣層的證據之一。不過，近年的研究顯示這一效應可能是來源於觀測儀器存在的缺陷。[71][72][73]

1771年，法國天文學家熱羅姆·拉朗德結合1761和1769年的金星凌日觀測數據計算出1天文單位約等於1.53億公里（誤差±100萬公里，約0.65%）。雖然誤差由於黑滴效應的影響大於哈雷所期望的1/500（0.2%），但比霍羅克斯得到的數值仍有大幅改進。[55]馬克西米利安·黑爾也於1770年在哥本哈根發表了他的觀測結果。但他的觀測結果受到了拉朗德等人的質疑。[74][75]1824年，約翰·弗朗茨·恩克利用當時新測定的經度值以及最小二乘法，在1761年和1769年的觀測記錄基礎上得出太陽視差為8.5776″[54][76]。這個數值在之後25年裏一直是太陽視差的參考值[76]。

19世紀

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1862年，阿薩夫·霍爾通過觀測火星得到太陽視差為8.841″。由於這個數值與恩克此前的測定值相去甚遠，19世紀的兩次金星凌日對天文單位精確值的計算依然十分重要。[54]喬治·比德爾·艾里曾於1857年將天文單位的測定稱作是「天文學中至高的問題」[77]。當時新近出現的攝影技術也被引入到觀測活動中[76]。法國的皮埃爾·讓森為了觀測金星凌日全程發明了可以連續攝影的迴轉式照相機[78][71]。夏爾·沃爾夫等人也為找到「黑滴效應」的來由製作了可以再現金星凌日過程的機器[78]。

1874年金星凌日

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主條目：1874年金星凌日
英國派往檀香山的觀測隊隊長喬治·萊昂·塔普曼（英語：George Lyon Tupman）與他架設的望遠鏡

1874年的金星凌日同樣得到了歐美各國的重視。美國、英國、意大利、荷蘭、德國、法國、俄國以及墨西哥都派出了觀測隊[79][80]，觀測地點包括：俄羅斯全境、長崎、北京、開羅、檀香山、西貢、凱爾蓋朗群島、塔斯曼尼亞島、查塔姆群島、羅德里格島、毛里裘斯、努美阿以及聖保羅島等地[81][82]。

橫濱市在1874年金星凌日到來一百年之際在觀測地豎立的紀念碑[83]。

由於日本是可以觀測到1874年金星凌日全程的地區之一，法國、美國以及墨西哥都向那裏派出了觀測隊[84][85]，觀測地點包括東京、橫濱、神戶以及長崎等地。在法國留學的清水誠（日語：清水誠 (実業家)）以及在美國留學的上野彥馬（日語：上野彦馬）也參與了觀測。[78][86][80]此外，美國觀測隊也在觀測結束後，接受了日本方面的委託，測定了長崎與東京間的經度差。位於東京的日本第一個確定經度的位置「查特曼點」（チットマン点）就得名於當時前往東京的隊員。[87]從來日各國探測隊得到的包括確定經度在內的一系列技術成為日本近代天文學的重要基礎[88]，1874年金星凌日也因此在日本有「科學的黑船」（科学における黒船）之稱[84]。

為提高對於接觸時刻觀測精度，此次金星凌日觀測用到了攝影技術，但所得到的結果並沒有因此相比18世紀得到太大改善[79]。英國並沒有得到較好的相片[76]。美國儘管拍到了多張非常清晰的金星經過太陽表面過程的照片，但較為關鍵的接觸時刻的照片還是受到了黑滴現象的影響。這些照片也因此沒有太大的價值。關於太陽視差值，美國得到的結果為8.883±0.034″，法國的則為8.81±0.06″。[79]

1882年金星凌日

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美國海軍天文台拍攝的1882年金星凌日影像
主條目：1882年金星凌日

1874年的失敗令天文學家對於1882年的金星凌日不再熱情高漲[77]。德國天文學家約翰·戈特弗里德·伽勒也在1875年通過對小行星花神星的觀測得到了更為精確的太陽視差，8.873″[54]。曾經領導美國海軍天文台1874年觀測活動的西蒙·紐康也不再認為金星凌日觀測是測定天文單位的最佳方法，1882年的觀測活動改由威廉·哈克尼斯（英語：William Harkness）領導[79]。儘管對於金星凌日的觀測價值存在疑問，歐美各國還是向世界各地派去了觀測隊[54]。1881年10月，統籌各國觀測計劃的國際會議在巴黎召開，14個國家出席了此次會議[77]。美國雖然沒有出席此次會議，但也繼續派遣了觀測隊[77]。紐康也率領了一支觀測隊前往南非威靈頓（英語：Wellington, Western Cape）[54]。

使用煙熏玻璃觀測金星凌日的孩子們（約翰·喬治·布朗（英語：John George Brown）繪）

與1874年金星凌日不同的是，歐洲國家與美國也能觀測到此次金星凌日，因而出現了普通民眾聚集在城市的廣場中集體觀測金星凌日的盛景[71]。《紐約時報》自1881年至1883年持續地報道了此次金星凌日的相關新聞，包括金星凌日的觀測史與觀測方法，各國對1882年金星凌日的觀測計劃。這顯示了公眾對於此次金星凌日的熱情。[77]

美國海軍天文台1882年的觀測結果相比於1874年有了較大的改善，拍攝的照片有1380張之多[76]。1889年，哈克尼斯基於此次美國的觀測結果得到的太陽視差為8.842±0.0118″。紐康結合之前四次金星凌日的觀測結果計算出太陽視差為8.794±0.0018″，而天文單位則為1.4959億公里（誤差±31萬公里）。[79][55]不過紐康此時考察了包括金星凌日觀測在內的測定太陽視差的方法。他認為普爾科沃天文台所使用的光行差方法可能要優於金星凌日觀測[79]。

21世紀

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隨着科學的發展，日地距離精確值可以通過更為先進的技術確定，比如太空探測器遙測（英語：Telemetry）。因此天文學家已經不再使用視差方法來提高精確度。對太陽系中的其他行星或小行星發射雷達訊號也可以得到更精確的值，比如天文學家從1961年與1962年對於金星的雷達觀測中得到天文單位的數值為1.495985±0.000025億公里。現在，天文單位不再定義為日地距離，而是常數149,597,870.700公里。[71][55][89][90]

2004年金星凌日

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主條目：2004年金星凌日
NASA的太陽觀測衛星TRACE記錄的2004年金星凌日部分過程

儘管金星凌日觀測的科學意義不復以往，這一罕見的天文現象還是吸引了大量民眾參與觀測。歐洲南天文台與歐洲天文學教育聯合會（英語：European Association for Astronomy Education）等組織共同籌劃了國際性的金星凌日教育項目，VT-2004。這個項目的中心環節之一就是利用傳統的視差方法再次測算天文單位的數值。天文學家依據1,510名參加者觀測到的4,550個接觸時刻計算出天文單位的精確值為1.49608708 ± 0.00011835億公里，與公認值的誤差只有0.007%。[91]

兩組接觸時刻的照片。左側質量較差的照片中可以看到黑滴現象。

黑滴現象也是此次金星凌日觀測各方關注的問題。目前對於黑滴現象成因的主流意見是過去的望遠鏡存在性能缺陷[92]。參與VT-2004的觀測者在測定接觸時刻時大多沒有受到黑滴效應的影響，提交的大多數照片中也沒有出現黑滴效應[93]。學術界也對這一問題做了一些研究。傑伊·帕薩切夫等人分析了NASA的太陽過渡區與日冕探測器對1999年水星凌日以及2004年金星凌日的觀測結果，並發現太陽的周邊昏暗現象也是黑滴效應成因之一[94]。

由於金星在通過太陽盤面時會使太陽亮度小幅下降，2004年金星凌日激起了天文學家的興趣，因為這有助於他們精進搜尋太陽系外行星的技術[71][95]。當時的搜尋系外行星的方式只適用下列幾種行星：重力場足以令恆星的自行或徑向速度的都卜勒效應產生明顯變化的巨大行星；與母星非常近，且會使其亮度下降的巨大行星；通過背景恆星時，與母恆星分離產生類似愛因斯坦環或微重力透鏡現象的行星[96]。測量金星凌日的儀器對於亮度變化相當敏感，因為行星通過母恆星盤面前方時，恆星亮度下降幅度相當小：例如太陽在金星凌日時視星等只下降了約0.001。而這也為搜尋到較小的系外行星創造了條件，因為較小的系外行星在凌星時也會使母恆星亮度小幅下降。[71][97]

2012年金星凌日

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主條目：2012年金星凌日
日出衛星拍攝的2012年金星凌日

此次金星凌日也吸引了大量民眾參與觀測[98]。NASA的太陽動力學天文台以及JAXA的日出衛星都拍攝了金星凌日過程的超高解像度影像。從它們拍攝的照片中可以看到黑色的金星周圍包圍着細細的光暈。[99][100]這種現象正是羅蒙諾索夫觀測到的由太陽光穿過金星大氣層發生折射造成的那種現象[101]。

此外，法國的天文學家組織了名為「金星暮光實驗」的研究項目。他們希望能夠通過對光暈現象的觀測與研究來更為深入地了解金星大氣層。[102]儘管2004年的觀測中也出現了光暈現象，但當時對於這種現象的觀測與分析技術並不到位[103]。天文學家通過地面上的以及金星快車衛星的觀測結果了解了金星大氣層的豎直分佈[104]。

2012年金星凌日還對系外行星的研究有所幫助。與2004年的金星凌日不同的是，2012年恰巧是太陽活動活躍的年份。對於此次金星凌日中太陽亮度下降幅度的測定讓天文學家獲得了觀測活躍恆星的經驗。哈勃太空望遠鏡也通過月球表面的反射間接地觀測了金星凌日。科學家通過這一觀測結果得到了金星的光譜特徵。這些技術都可以用在系外行星的研究中。[105][106]

波長171 Å的紫外線假色太陽影像，金星位於右上角。
可見光太陽影像，金星位於左上角。
NASA的SDO衛星拍攝的2012年金星凌日的17.1納米紫外線假色影像（左）和可見光影像（右）

較為近期的金星凌日

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下表展示了最近1000年內發生的金星凌日的概況。[b]

日期[25] 時間（UTC）[25] 序列[25] 可見地區 參考資料
第一接觸 凌甚 第四接觸
1396年11月23日 15:45 19:27 23:09 4 全程：北美洲西部、中美洲、南美洲最西端、太平洋東部、南極洲

前半程：非洲西部、歐洲西南部以及北美洲東部、加勒比海地區、南美洲北部
後半程：北美洲西北部、夏威夷群島、太平洋西部、澳洲、新西蘭、亞洲東部

[107]
1518年5月25–26日 22:46
5月25日		 01:56
5月26日		 05:07
5月26日 		3 全程：北美洲西北部、夏威夷群島西部、太平洋西部、澳洲大部分地區、東南亞、俄羅斯中東部、斯堪的納維亞半島北端

前半程：北美洲大部分地區、中美洲、南美洲西北部、太平洋東部、新西蘭
後半程：澳洲西端、中亞、南亞、中東地區、非洲大部分地區、歐洲大部分地區

[108]
1526年5月23日 16:12 19:35 21:48 5 全程：斯堪的納維亞半島北端、北美洲、中美洲、南美洲西北部、夏威夷群島東部、太平洋東部、俄羅斯北部

前半程：俄羅斯西部、歐洲大部分地區、非洲西部、南美洲大部分地區
後半程：澳洲除西部外大部分地區、新西蘭、太平洋西南部、東亞

[109]
1631年12月7日 03:51 05:19 06:47 6 全程：澳洲、新西蘭、東南亞、東亞、中亞、南亞、印度洋、非洲東部

前半程：太平洋中部、東北亞部分地區
後半程：非洲除東部外大部分地區、俄羅斯東部、中東地區

[110]
1639年12月4日 14:57 18:25 21:54 4 全程：美國除東北以及西北外大部分地區、加拿大中南部、中美洲、加勒比海地區除南部外大部分地區、南美洲除東部外大部分地區

前半程：非洲除東北部外大部分地區、西歐、加拿大東北部
後半程：北美洲西北部、太平洋大部分地區

[111]
1761年6月6日 02:02 05:19 08:37 3 全程：斯堪的納維亞半島、亞洲、澳洲西部、阿拉斯加與加拿大西北部

前半程：北美洲西部、太平洋大部分地區、新西蘭、澳洲東部
後半程：非洲、歐洲大部分地區、加拿大東北部

[112]
1769年6月3 - 4日 19:15
6月3日		 22:25
6月3日		 01:35
6月4日 		5 全程：北美洲西部與北部、墨西哥西北部、太平洋大部地區、東北亞大部分地區

前半程：北美洲東部、中美洲、南美洲
後半程：澳洲、新西蘭、南亞、東亞大部分地區、中亞、斯堪的納維亞北部

[113]
1874年12月9日 01:49 04:07 06:26 6 全程：澳洲、新西蘭、太平洋西部、東亞、印度半島

前半程：太平洋中部、西伯利亞西部
後半程：中亞、中東、東歐、非洲除西部外大部分地區

[81]
1882年12月6日 13:57 17:06 20:15 4 全程：中南美洲、北美洲東部

前半程：非洲、歐洲大部分地區
後半程：北美洲西部與北部、太平洋大部分地區、澳洲東部

[114]
2004年6月8日 05:13 08:20 11:26 3 全程：亞洲除最東部以外大部分地區、非洲除西部外大部分地區、歐洲除伊比利亞半島西南端外大部分地區、格陵蘭除南端外大部分地區、印度洋大部分地區

前半程：加拿大西北部、阿拉斯加、俄羅斯東北部分地區、日本、澳洲
後半程：非洲西部、美洲東部

[19]
2012年6月5 - 6日 22:09
6月5日		 01:29
6月6日		 04:49
6月6日 		5 全程：加拿大西北部、阿拉斯加、東亞、北亞、澳洲東部、新西蘭、太平洋西部

前半程：加拿大東部、美國、中美洲、南美洲西北部
後半程：澳洲西端、西南亞、俄羅斯西部、中東地區、非洲東北部、歐洲大部分地區

[20]
2117年12月10–11日 23:58
12月10日		 02:48
12月11日		 05:38
12月11日 		6 全程：東亞、東南亞、太平洋西部、澳洲、新西蘭

前半程：太平洋東部、北美洲最西端
後半程：中亞、南亞、西亞、非洲東部

[115]
2125年12月8日 13:15 16:01 18:48 4 全程：北美洲東部、中美洲、南美洲

前半程：非洲、西亞部分地區、歐洲大部分地區
後半程：新西蘭、太平洋東部、北美洲西部

[116]
2247年6月11日 08:42 11:33 14:25 3 全程：加拿大東部、非洲、歐洲、中亞、西亞、俄羅斯大部分地區

前半程：東亞、東北亞、南亞、東南亞
後半程：加拿大大部分地區、美國、中美洲、南美洲大部分地區

[117]
2255年6月9日 01:08 04:38 08:08 5 全程：俄羅斯、中亞、南亞、東亞、東南亞、澳洲西部

前半程：北美洲大部分地區、中美洲西北部、澳洲東部、新西蘭、太平洋東部
後半程：非洲、歐洲大部分地區、西亞

[118]
2360年12月12–13日 22:32
12月12日		 01:44
12月13日		 04:56
12月13日 		6 全程：日本、東南亞、澳洲、新西蘭、太平洋西部

前半程：北美洲西部、中美洲、南美洲西南部、太平洋東部
後半程：東亞大部分地區、南亞、中亞、西亞、非洲東部

[119]
2368年12月10日 12:29 14:45 17:01 4 全程：北美洲東部、南美洲、非洲西部、南極洲

前半程：非洲東部、西亞、歐洲大部分地區
後半程：北美洲西部、太平洋東部

[120]
2490年6月12日 11:39 14:17 16:55 3 全程：美洲大部分地區、非洲西部、歐洲、俄羅斯北部

前半程：非洲東部、中亞、南亞、西亞
後半程：太平洋東部

[121]
2498年6月10日 03:48 07:25 11:02 5 全程：中亞、南亞、西亞、東亞大部分地區、非洲東部

前半程：日本、東南亞、澳洲、新西蘭、太平洋大部分地區
後半程：非洲西部、美洲東部

[122]

較為特殊的金星凌日

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有時金星凌日只在太陽的邊緣掠過。在這種情況下，在地球上依然有一些地區可以看到完整的凌日，一些地區可以看到部分的凌日（無全部的四個接觸），還有一部分地區沒有第二和第三接觸而僅有（無第一和/或第四接觸）。這種金星凌日上一次是在1631年12月7日（UT），下一次將發生在2611年12月13日[25]。金星凌日也可能全程只有第一接觸和第四接觸的部分凌日。這種情形在地球上只有極區（南極或北極）可以看見，而在其它地區金星會錯過太陽，只是從太陽上方或下方掠過。這種部分凌日上一次發生在西元前541年11月19日，下一次將在2854年12月14日[25]。這種情形是因為地球的尺度（直徑）造成金星相對於太陽的視差，使金星相對於太陽的相對位置略有不同的結果。你可以將手臂伸直豎起一隻手指，分別以左眼和右眼來觀測手指相對於手指後方不遠處背景的位置改變來體驗。

水星凌日也可以和金星凌日同時發生，但更為罕見。上一次要追溯到28萬年前，下一次發生在69,163年7月26日和224,508年3月29日[123][124]。日食和金星凌日也有可能同時發生，同樣也非常罕見。下一次在金星凌日時發生日食的時間是15,232年4月5日[123]，上一次是在西元前15,607年11月1日[125]。在1769年6月3日金星凌日的第二天發生在北美洲、歐洲和北亞都可以看到日全食[126]。

相關文藝作品

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1896年出版的《金星進行曲》曲譜封面

托馬斯·哈代1882年出版的戀愛小說《塔上的兩人（英語：Two on a Tower）》的主人公就是位參與過金星凌日觀測的業餘天文學家。約翰·菲利普·蘇薩曾為1882年金星凌日創作了《金星凌日進行曲（英語：Transit of Venus March）》。蘇薩也藉此曲向1878年逝世的美國物理學家約瑟·亨利致敬。這些都反映當時公眾對於金星凌日的關心程度。[127][128]

1992年，莫林·亨特（英語：Maureen Hunter）創作了話劇《金星凌日（英語：Transit of Venus (play)）》。該劇取材於參與1761年與1769年金星凌日觀測的勒讓蒂的種種經歷。2007年該劇被改編為同名歌劇。[129]托馬斯·品欽1997年發行的小說《梅森和迪克森》講述了二人觀測金星凌日的經歷，並以二人之後勘定的梅森-迪克森線為線索描繪了革命前夕的英屬北美殖民地[130]。2009年發行的英國電視劇《神秘博士》的周邊有聲書《金星凌日（英語：Transit of Venus (Doctor Who audio)）》講述的就是庫克出海遠行觀測金星凌日的故事[131]。加拿大的寬限三天樂團在2012年金星凌日到來之際發行了專輯《金星凌日（英語：Transit of Venus (album)）》[132]。2014年，該張專輯獲得了朱諾獎年度搖滾專輯提名[133]。

相關條目

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註釋

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  1. ^ 雖然有些資料（比如Espenak (2004)）顯示1631年以前的凌日發生在5月和11月，但那是1582年曆法變更導致的日期變化造成的。
  2. ^ 有關公元前2000年到公元4000年所有的金星凌日事件，請參閱美國太空總署的「六千年間金星凌日目錄」（Six Millennium Catalog of Venus Transits）[25]。

參考資料

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外部連結

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